《大型电站锅炉设备及运行》技能培训讲义.ppt

1 大型电站锅炉设备及运行 华南理工大学电力学院 2 纲要 第一讲绪论第二讲锅炉燃料第三讲煤粉制备及其系统第四讲燃烧理论第五讲锅炉的热平衡第六讲煤粉炉与燃烧设备第七讲锅炉受热面及其工作特点第八讲锅炉受热面烟侧运行问题第九讲锅炉水动力特性与传热第十讲汽包及蒸汽净化第十一讲锅炉本体的设计与布置第十二讲锅炉运行第十三讲锅炉典型事故处理 3 参考书目 技能培训教材 锅炉设备运行电站锅炉原理锅炉设备及系统电厂锅炉原理及设备锅炉设备及运行锅炉设备运行及事故处理火力发电职业技能培训教材及题解 15本 中华人民共和国职业技能鉴定规范 21本 职业技能鉴定指导书 职业标准 试题库 火力发电厂技术培训与考工试题 青岛出版社 7本 电业工人技术问答丛书 华东电业管理局7本 火力发电工人实用技术技术问答丛书锅炉设备运行技术问答汽轮机运行技术问答汽轮发电机运行技术问答 4 学习方法 精读 研读本专业一本理论书精读 研读一套问答学会翻书与现场实际结合进行有关问题的研究 完成相应技术报告或论文 5 第一讲绪论 电力工业的发展及电力技术电厂锅炉发展趋势锅炉的类型电站煤粉锅炉机组的构成锅炉机组的工作过程锅炉参数及技术 经济性指标 6 1 我国电力发展历史1949 50MW1954 100MW高压1964 125 135MW 200MW 超高压1984 300MW 亚临界1994 600MW 700MW亚临界 超临界2004 900MW 1000MW超临界 超超临界2 我国电力发展形势高参数 大容量 联合循环流化床锅炉 7 电站锅炉发展趋势 加快发展大容量 高参数机组大容量 高参数机组可适应生产发展的需要 电站热效率高 基建投资 设备和运行费用降低 但大机组可用率相对较低 综合考虑 单机容量稳定在500 800MW 1 1 强化煤电环境保护 发展洁净燃煤技术燃煤的燃气 蒸汽联合循环 燃煤流化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环 和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤 高效 低污染要求 提高运行可靠性和灵活性锅炉的可靠性涉及到设计 设备制造及安装 运行维护和生产管理等各个方面 运行灵活性要求大力发展中间负荷机组 适应电网调峰需要 低负荷 两班制运行 提高机组的监控水平 8 锅炉结构介绍 请看动画 9 锅炉的类型 锅炉的分类根据不同的标准 可有多种分类方法 如表所示 10 锅炉的类型 11 锅 炉 锅炉本体 辅助设备 锅炉机组 电站煤粉锅炉机组框图 1 2 12 亚临界参数自然循环燃煤锅炉 2 2 1 汽包 2 下降管 3 分隔屏 4 后屏 5 高温过热器 6 高温再热器 7 水冷壁 8 燃烧器 9 燃烧带 10 空气预热器 11 省煤器进口集箱 12 省煤器 13 低温再热器 14 低温过热器 15 折焰角 16 排渣装置 13 冷空气烟气烟气烟气烟囱引风机除尘器空气预热器细微灰粒飞灰 二次风 灰渣沟原煤排粉风机 一次风 烟气烟气给煤机磨煤机燃烧器炉膛水平烟道尾部烟道原煤风 粉风 粉未燃煤粒灰渣灰渣灰渣灰渣沟排渣装置冷灰斗未燃煤粒未燃煤粒 煤 风 烟系统 1 2 14 汽机主凝结水水水汽水混合物给水泵省煤器汽包汽水分离器 化学补充水汽水混合物下降管下联箱水冷壁上联箱导汽管水水水汽水混合物汽水混合物 饱和蒸汽过热蒸汽过热器汽轮机调节级 汽 水系统 2 2 15 锅炉参数 额定蒸发量在额定蒸汽参数 额定给水温度和使用设计燃料 保证热效率时所规定的蒸发量 单位为t h 或kg s 最大连续蒸发量 大型锅炉 在额定蒸汽参数 额定给水温度和使用设计燃料 长期连续运行所能达到的最大蒸发量 单位为t h 或kg s 蒸汽锅炉额定蒸汽参数在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数 额定蒸汽压力 对应规定的给水压力 单位是Mpa 额定蒸汽温度 对应额定蒸汽压力和额定给水温度锅炉效率 1 5 16 我国电站锅炉参数 容量系列 2 5 17 18 锅炉机组经济性指标 3 5 热效率 90 净效率燃烧效率式中Q1 锅炉有效利用热 kJ kg Qr 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量 kJ kg 锅炉机组自身所需的热量 kJ kg 锅炉机组自身电耗对应的热量 kJ kg 锅炉化学 机械未完全燃烧热损失 19 锅炉连续运行小时数 5000 锅炉在两次检修之间的运行小时数 4 5 锅炉可用率 约90 总运行小时数 总备用小时数 统计期间总小时数 一年 锅炉的事故率 约1 锅炉总事故停炉小时数 总运行小时数 事故停炉小时数 锅炉机组安全性指标 20 烟尘及有害气体排放标准 5 5 21 第二讲锅炉燃料 电站锅炉燃料选用原则煤的特性分析煤的特性对锅炉工作的影响煤的分类锅炉热平衡 22 电站锅炉燃料选用原则 不用高品位燃料 如天然气 燃油尽量燃用劣质煤等燃料 如煤矸石尽量燃用当地燃料 如坑口电厂电厂审批顺序 优先坑口电厂其次沿海电厂再次沿江电厂再沿线电厂 23 锅炉用燃料 1 固体 燃煤 油页岩 2 液体 重油 渣油 石油炼制后的残余物 点火时用柴油 轻油 水煤浆 3 气体 天然气 高炉煤气 焦炉煤气 24 点火用油 主要指标密度粘度凝固度闪点燃点发热量含灰量含硫量 25 煤的工业分析成分水分 M 灰分 A 挥发分 V 固定碳 FC 煤的组成特性 煤的元素分析成分 碳 C 氢 H 氧 0 硫 S 氮 N 水份 灰份 1 8 26 煤的元素分析 C H O N S A W1 碳 C a 含量 50 90 是主要可燃元素 含量多少与地质年龄有关 无烟煤 烟煤 贫煤 褐煤 泥煤 煤矸石b 形式 固定碳 单质状态 c 对运行的影响 含碳高的煤不易着火 d 发热量 32700kj kg 2 氢 H a 含量 3 6 随地质年龄升高而降低 b 形式 与氧结合生成水 或成为有机物 c 运行 含量越高 越容易燃烧 d 发热量 120 103kj kg 27 硫 S a 含量 一般为 1 1 5 无烟煤 贫煤 劣质烟煤可达3 8 b 形式 可燃硫 有机硫 黄铁矿硫 FeS2 灰分中硫 硫酸盐硫c 运行 二氧化硫 三氧化硫腐蚀设备 含有氧化硫的烟对人畜有害 对水冷壁 过热器的腐蚀 对空气预热器的低温腐蚀 当壁温低于酸露点温度时会在金属壁上凝结成硫酸 腐蚀金属d 发热量 低 9040kj kg 28 氧 O 和氮 N a 含量 O 1 40 无烟煤1 2 泥煤40 N 0 5 2 29 灰份 燃料完全燃烧后形成的固态残余物的统称 灰分是影响燃煤质量的主要成分 a 含量 5 35 b 运行 使燃料发热量下降 妨碍可燃物质与氧气的接触 烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损 烟气速度低时会引起积灰 30 水分 W a 含量 2 50 b 形式 外部水分 表面水分 煤由于自然干燥所失去的水分 内部水分 固有水分 空气风干状态下仍残留煤中的水分 分析水分 煤在规定温度和相对湿度下进行自然干燥 干燥后煤样中所含有的内部水分 c 运行 不利燃烧 燃烧温度下降 引起低温受热面的积灰和腐蚀 煤粉制备困难 烟气量上升 电耗上升 31 煤的成分基准 收到基 ar 原应用基y 以入炉煤 包括煤的全部成分 为基准空气干燥基 ad 原分析基f 以风干状态煤 除外部水分 为基准干燥基 d 原干燥基g 以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基 daf 原可燃基r 以去掉全部水分及灰分煤为基准 2 8 32 煤成分基准间的换算 3 8 33 煤的发热量 煤的发热量 kJ kg 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量 低位发热量 Qnet 烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结 形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用 使煤的发热量降低 降低后的发热量称为低位发热量 低位发热量 燃料在锅炉中的实际发热量 小于高位发热量 高位发热量 Qgr 煤的理论发热量 由实验测得的弹筒发热量 Qb 减去校正值确定 式2 10 4 8 34 干燥基高 低位发热量之间的换算式中r 水的汽化潜热 通常取r 2510kJ kg 收到基高 低位发热量之间的换算 高 低发热量间的换算 5 8 35 发热量各基准间的换算 高位发热量 Qgr 各基准间的换算采用表 2 1 换算系数 低位发热量 Qnet 各基准间的换算分三步进行已知基准的Qnet 已知基准的Qgr 式2 12等 已知基准的Qgr 所求基准的Qgr 采用上述换算系数 所求基准的Qgr 所求基准的Qnet 式2 12等 6 8 36 发热量相关值 标准煤收到基低位发热量为29270kJ kg的燃料为标准煤标准煤耗量式中 分别为标准煤耗量与实际煤耗量 折算成分相对于每4182kJ kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分 灰分和硫分 称为折算水分 折算灰分和折算硫分 7 8 37 煤的灰分特性 灰分特性影响因素煤灰的化学组成煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高 碱性氧化物使灰熔点降低煤灰周围高温介质的性质氧化性介质中 灰熔点较高 还原性介质中 灰熔点较低 煤的灰分特性用灰熔点表示 煤灰的角锥法确定灰的变形温度DT 原t1 灰的软化温度ST 原t2 灰的流动温度FT 原t3 8 8 38 煤中V对锅炉工作的影响 挥发分VV的含量代表了煤的地质年龄 地质年龄越短 煤的碳化程度越浅 V含量越多 挥发分V含量高V含量越多 C含量越少 V中含O量亦多 其中的可燃成分相应减少 这时 V的热值低V含量越多 煤的着火温度低 易着火燃烧 V多 V挥发使煤的孔隙多 反应表面积大 反应速度加快V多 煤中难燃的固定碳含量便少 煤易于燃尽V多 V着火燃烧造成高温 有利于碳的着火 燃烧快过大易烧坏火嘴易出现制粉系统爆炸挥发分V含量低着火困难 易出现锅炉灭火 1 3 39 煤中M A对锅炉工作的影响 水分M 灰分AM A高 煤中可燃成分相对减少 煤的热值低M A高 M蒸发 A熔融均要吸热 炉膛温度降低M A高 增加着火热或包裹碳粒 使煤着火 燃烧与燃尽困难 M A高 q2 q3 q4 q6增加 效率下降M A高 过热器易超温M A高 受热面腐蚀 堵灰 结渣及磨损加重M A高 煤粉制备困难或增加能耗 2 3 40 煤中C S对锅炉工作的影响 含碳量CC高 热值高 但不易着火 燃烧困难 硫分S产生的硫化氢腐蚀水冷壁 高温腐蚀产生的SO2 SO3腐蚀锅炉尾部 低温腐蚀 易造成受热面的堵灰 形成酸雨 污染环境燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损自燃提高脱硫成本可燃硫的热值低 含量少 对煤的着火 燃烧无明显影响 3 3 41 ST对锅炉工作的影响 灰熔点 ST 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣 危及锅炉运行的安全性和经济性 对于固态排渣炉 ST 1350 可能结渣 42 煤的分类 我国煤的主要分类指标干燥无灰基挥发分Vdaf含量可分为四大类 褐煤 Vdaf含量 40 烟煤 Vdaf含量20 40 贫煤 Vdaf含量10 20 无烟煤 Vdaf含量 10 为反映煤的燃烧特性 电厂煤粉锅炉用煤以收到基低位发热量Qar net 收到基水分 干燥基灰分 干燥基硫分及灰的熔融特性DT ST FT作为参考指标 分为五大类和十小类其中低 劣 质煤单独燃烧有困难 或燃烧不稳定 或燃烧经济性差 或煤中有害杂质含量高的煤 可分为五小类 为实现能源的综合利用 考虑各种工艺 炼焦 燃烧 气化或液化等等 对煤质的要求 每一类煤还要进一步划分为小类 1 5 43 电厂锅炉用煤分类 2 5 44 电厂锅炉用煤分类 3 5 45 煤的类型 4 5 无烟煤碳化程度高 含碳量很高 达95 杂质很少 发热量很高 约为25000 32500kJ kg 挥发份很少 小于10 Vdaf析出的温度较高 可达400 着火和燃尽均较困难 储存时不易自燃 褐煤碳化程度低 含碳量低 约为40 50 水分及灰分很高 发热量低 约10000 21000kJ kg 挥发分含量高 约40 50 甚至60 挥发分的析出温度低 200 着火及燃烧均较容易 46 烟煤碳化程度次于无烟煤 含碳量较高 一般为40 60 杂质少 发热量较高 约为20000 30000kJ kg 挥发分含量较高 约10 45 着火及燃烧均较容易贫煤挥发分含量10 20 的烟煤挥发份较少 性质介于无烟煤与烟煤之间 燃烧性能方面比较接近无烟煤 劣质烟煤挥发份20 30 但水分高 灰分更高的烟煤发热量低 为11000 12500kJ kg这两种烟煤着火及燃烧均较困难 煤的类型 5 5 47 第三讲煤粉制备 煤粉特性磨煤机制粉系统 48 煤粉的特性 1 颗粒特性2 吸潮性3 自燃性4 流动性 49 煤粉细度Rx 1 3 50 煤粉均匀性系数n R200 R90 n为正值 当R90一定时 n值越大 则R200越小 说明煤粉中过粗的煤粉较少 当R200一定时 n值越大 则R90越大 说明煤粉中过细的煤粉较少 n值越大 煤粉中过粗和过细的煤粉均较少 即煤粉粒度分布较均匀 n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式 一般取n 0 8 1 2 2 3 51 煤的可磨性系数 哈氏可磨性指数HGIHGI86为易磨煤 煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度 与HGI之间关系 3 3 52 煤粉的自燃性 1 爆炸的条件浓度 温度 密闭空间2 引起煤粉爆炸的因素挥发份煤粉浓度氧气浓度煤粉细度温度控制自燃或爆炸的措施控制磨煤机出口温度防止煤粉在管道沉积 流速 管道倾斜度 加强原煤管理 防止易燃物混入 53 单进单出钢球磨 低速磨 普通筒式钢球磨的圆筒通过齿轮由电动机带动低速转动 燃料和干燥剂 热空气 从一端进入圆筒 在圆筒内煤被干燥 打碎并研磨成粉 随后被干燥剂从另一端带出 低速磨主要有普通筒式钢球磨 双进双出筒式钢球磨 1 9 54 双进双出钢球磨 低速磨 双进双出筒式钢球磨圆筒两端的空心轴内有一空心圆管 圆管外装有螺旋输送装置 两端的空心轴既是热风和原煤的进口 又是煤粉气流混合物的出口 从而形成两个相互对称又彼此独立的磨煤回路的两个回路 同时使用时磨煤机出力最大 也可以单独使用一个 这时可使磨煤出力降至50 以下轴颈内带热风空心管轴颈内无热风空心管 2 9 55 n过小 筒内钢球与煤靠与筒壁的摩擦力带上去 形成一个斜面 然后沿斜面滑落 钢球磨筒体最佳转速nzj n处于上述两者之间 钢球被带到一定高度 沿抛物线落下 钢球对筒底的煤发生强烈撞击作用 辅以研磨磨煤作用最大时的转速称为最佳工作转速nzj经验表明 nzj 0 75 0 78 nlj 3 9 没有撞击作用 磨煤效果差 n影响磨煤出力和电耗 n过大 离心力很大 球与煤随筒壁一同旋转 产生这种状态的最低转速称为临界转速nlj 56 钢球磨最佳通风量 Vtf过小筒内风速过小 出口端钢球能量没有被充分利用 只能带出的少量的细煤粉 磨煤出力下降 单位磨煤电耗大 Vtf过大筒内风速过大 磨煤机出口煤粉过粗 粗粉分离器回粉量增大 通风电耗增大 最佳通风量磨煤和通风电耗之和最小时的通风量 的大小与煤的种类 煤粉细度 筒体容积及钢球充满系数等有关 4 9 Vtf直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力 57 钢球磨出力 磨煤出力Bm在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下 磨煤机在单位时间磨制的煤粉量 由磨煤机的结构尺寸 被研磨的燃料特性以及磨煤机的运行状况确定 5 9 干燥出力Bg在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水分对应的煤粉量 由磨煤机的干燥条件确定对高水分和较软的煤 Bm Bg 而对于干和硬的煤 则Bg Bm 磨煤机的运行出力 具有一定细度和干燥程度的煤粉流量Bm Bg 可以通过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现功率消耗 空载与满载的消耗功率差别不大 5 所以变负荷运行不经济 58 钢球磨特性 钢球磨特性 结构简单 对煤种适应性强 出力大 运行可靠 但初投资大 对锅炉负荷适应性差 单位电耗大 噪音大 6 9 59 双进双出钢球磨的特点 双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短 有利于低挥发分煤的稳燃其出力不是靠调整给煤机来控制 而是靠调整一次风量控制 加大一次风阀门的开度 风量及带出的煤粉流量同时增加 因此 在任何负荷下 煤粉浓度变化不大 且煤粉细度降低双进双出钢球磨煤机设有微动装置磨煤机在停机或维修操作时以额定转速的1 100转速旋转 可使筒内存煤及时散热防止自燃 故短时间停机时不必将筒内的剩煤排空双进双出钢球磨煤机应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内的存煤量双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点 同时大大缩小了体积 降低了磨煤机的能耗 增强了适应锅炉负荷变化的能力 7 9 60 中速磨 原煤经落煤管进入两组相对运动的碾磨件之间 在压紧力的作用下被挤压 研磨成粉 被甩至四周风环处 8 9 中速磨主要有盘式中速磨 辊 盘式 碗式中速磨 辊 碗式RP HP型 环式中速磨 辊 环式MPS型 球 环式E型 热风经风环进入磨煤机 对煤粉进行干燥并将煤粉带入粗粉分离器进行分离 不合格的煤粉返回磨煤机重磨 细粉则送出磨外 中速磨布置紧凑 投资省 单位电耗小 适宜变负荷运行 但结构复杂 不宜磨水分太大及太硬的煤种 61 高速磨 风扇磨 高速磨由叶轮 带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成 装有冲击板的叶轮由电动机带动高速旋转 原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内 煤被转动的冲击板打碎 甩到护甲上再次被撞击成煤粉 在风机压头的作用下由干燥剂携带经粗粉分离器带出 高速磨结构简单 金属耗量小 负荷适应能力强 特别适宜磨水分高的煤种 但部件磨损大 不宜磨制较硬的煤种 9 9 62 钢球磨中储式制粉系统有热风送粉和乏气送粉两种 1 8 钢球磨中储式热风送粉系统 空气经送风机 空预器 一次风机 一次风箱 混合器 热气与煤粉 一次风喷口乏气经细粉分离器 排粉机 乏气风箱 三次风喷口适用无烟煤 贫煤及劣质煤 1 原煤仓 4 给煤机 7 钢球磨 8 粗粉分离器 9 排粉机 10 一次风箱 12 燃烧器 14 空预器 15 送风机 17 细粉分离器 21 煤粉仓 22 给粉机 23 混合器 24 乏气风箱 25 三次风喷口 28 一次风机 31 再循环管 63 钢球磨中储式乏气送粉系统 2 8 1 原煤仓 4 给煤机 7 钢球磨 8 粗粉分离器 9 排粉机 10 一次风箱 12 燃烧器 14 空预器 15 送风机 17 细粉分离器 21 煤粉仓 22 给粉机 23 混合器 28 一次风机 31 再循环管 乏气经细粉分离器 排粉机 一次风箱 混合器 乏气与煤粉 一次风喷口适用于烟煤等挥发分含量高的煤种 64 钢球磨中储式系统再循环管 再循环管将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机 然后再回到排粉风机进行循环再循环风温度低 既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度 又能增加磨煤的通风量 并能兼顾燃烧所需一次风的要求 从而协调磨煤 干燥和燃烧三方面所需的风量 燃用挥发分高而水分不大的烟煤要求磨煤通风量大 但干燥风量小或干燥剂温度低 出现磨煤 干燥和燃烧所需风量的矛盾运用再循环风 既可降低磨煤机入口干燥剂的温度 增加磨煤通风量 又能兼顾燃烧所需一次风的需要 3 8 65 中速磨直吹式负压系统 排粉风机装在磨煤机出口 整个系统在负压下运行煤粉不会向外泄漏 对环境污染小漏风大 排粉风机磨损严重 效率低 电耗大 系统可靠性差 4 磨煤机 6 次风箱 10 送风机 12 空预器 15 排粉风机 4 8 中速磨直吹式制粉系统有正压和负压系统 正压系统又有热一次风和冷一次风系统 66 中速磨直吹式正压热一次风系统 正压系统 一次风机布置在磨煤机之前 系统处于正压状态下工作无漏风 叶片磨损小煤粉易外泄 系统需设专门的密封风机热一次风系统 配置二分仓回转式空预器 一次风机布置在空预器与磨煤机之间 输送的是热空气空气温度高 比容大 风机体积大 电耗高 易发生高温侵蚀 运行效率及可靠性低 4 磨煤机 6 次风箱 10 送风机 11 热一次风机 12 空预器 19 密封风机 5 8 67 中速磨直吹式正压冷一次风系统 冷一次风系统 配置三分仓回转式空预器 一 二次风各自由单独风机输送 风机处于空预器之前 输送的是干净的冷空气空气温度低 比容小 风机体积小 电耗低 效率高 高压头冷一次风机可兼作密封风机 简化系统 热风温度不受一次风机的限制 可满足磨制较高水分煤种的要求 6 8 4 磨煤机 6 次风箱 10 一次风机 10 二次风机 12 空预器 68 高速磨直吹式系统 a 热风干燥 b 热风 炉烟干燥l 原煤仓 3 给煤机 4 下行干燥管 5 磨煤机 6 煤粉分离器 7 燃烧器 8 二次风箱 9 空预器 10 送风机 12 抽烟口 13 混合器 7 8 磨制烟煤和水分不高的褐煤采用热风作为干燥剂磨制高水分的褐煤采用热风掺炉烟作为干燥剂 69 两种制粉系统的比较 直吹式系统系统简单 初投资和系统的建筑尺寸小 设备部件少 管路短 阻力小 输粉电耗较小 但磨煤机的工作直接影响锅炉的运行 可靠性差 备用容量大锅炉机组的可靠性相对低些风粉比调节不灵活锅炉负荷变动时从改变给煤量开始 经过整个系统才能改变煤粉量 惰性较大 8 8 储仓式系统设有煤粉仓 磨煤机的工作对锅炉影响较小系统的可靠性高 磨煤机可一直维持在经济工况下运行锅炉负荷变动时调节给粉机转数改变煤粉量 既方便又灵敏风粉比调节灵活系统复杂 初投资及运行费用高设备部件多 输粉电耗较大 阻力大 70 制粉系统辅助设备 原煤斗给煤机刮板式振动式胶带式转盘式粗粉粉分离器细粉分离器给粉机螺旋输粉机除木块器锁气器 71 第四讲燃烧理论 燃烧过程的理论基础燃烧计算 72 燃烧过程的理论基础 化学反应速度化学反应速度影响反应速度的因素固体燃料的燃烧煤燃烧的三个阶段煤和煤粉的燃烧特点煤粉气流的着火与燃烧着火与熄火的热力条件煤粉气流的着火及影响因素煤粉气流着火热源焦碳的燃烧完全燃烧的条件 73 化学反应速度在反应系统单位体积中物质 反应物或生成物 浓度的变化率 单位是mol cm3 s 对于反应式 A B G H反应速度为CA CB CG CH分别为反应物A B和生成物G H的浓度 mol cm3 分别为相应的化学计量系数 燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应 同时伴随各种物理过程均相燃烧燃料和氧化剂物态相同 如气体燃料在空气中燃烧多相燃烧燃料和氧化剂物态不同 如固体燃料在空气中燃烧 化学反应速度 1 1 74 均相反应质量作用定律 质量作用定律反映浓度对化学反应速度的影响对于均相反应 在一定温度下 化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比 各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数 1 4 对反应 A B G H质量作用定律可用下式表示式中 k为反应速度常数 表示单位物质浓度时的反应速度 在温度不变的情况下 反应物的浓度越高 分子的碰撞机会越多 化学反应速度就越快 75 多相反应质量作用定律 2 4 76 阿累尼乌斯定律 阿氏定律反映温度对化学反应速度的影响 反应物浓度不变时 反应速度常数k随温度变化的关系式中k0 频率因子 近似为一常数R T E 通用气体常数 热力学温度 活化能 3 4 活化能E能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量 具有活化能的分子为活化分子 活化能E与反应物种类有关 挥发分含量小的煤 E大在一定的温度下 活化能E越大 则反应速度常数k值越小 反应速率越小 而在一定的活化能E下 温度越高 则反应速度常数k值越大 反应速率越大 77 压力对反应速度的影响 在反应容积不变的情况下 反应系统压力增高 就意味着反应物浓度增加 化学反应速度增加 4 4 78 煤燃烧过程的三个阶段 预热干燥煤被加热至100 左右 煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来 大量吸热 1 1 挥发份析出并着火温度升至一定值 煤中挥发分析出 同时生成焦碳 固定碳 挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度 不同的煤 开始析出挥发分的温度不同 达到一定温度 析出的挥发分就着火 燃烧 对应的温度称煤的着火温度 不同煤的着火温度不同 少量吸热 燃烧与燃尽挥发份首先燃烧造成高温 包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后 碳开始着火 燃烧 大量放热 残余的焦炭最后燃尽 成为灰渣 少量放热 上述各阶段实际是交叉进行的 其中着火和燃尽是最重要的两个阶段 着火是前提 燃尽放热是目的 79 焦碳的燃烧反应 附加反应C及CO与空气中的水蒸汽产生的反应C H2O CO H2C 2H2O CO2 2H2CO H2O CO2 H2 1 6 一次反应在一定温度下 碳和氧的化学反应可能有两种C O2 CO2C O2 CO 二次反应一次反应的生成物CO2 CO与初始反应物碳和氧再次发生反应C CO2 2COCO O2 CO2 80 焦碳燃烧的动力学特性 2 6 氧气从外界扩散到炭粒周围 氧气通过灰壳的阻力 到达炭粒的表面 氧气吸附在炭粒表面 高温下 炭粒和氧进行化学反应 生成CO2和CO 同时不可燃物生成灰渣 灰壳的一部分 焦碳燃烧按下述程序进行 燃烧产物 CO2和CO 从炭粒表面上解吸析 燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散 其中CO2直接扩散在周围空气中 CO在扩散过程中遇氧气又变成CO2 然后再向远处空气中扩散 81 焦碳燃烧的动力学特性 焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的 反应物的吸附作用 化学反应本身 或生成物的脱附作用 也可以是物理扩散的 反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的气相的扩散 焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段 氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应 3 6 82 碳的燃烧反应速度 焦碳的燃烧反应速度取决于温度 焦碳颗粒尺寸 氧气浓度 环境压力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等式中 mp 焦碳颗粒质量 p 焦碳粒颗密度 P 压力 02 氧气浓度 d 焦碳颗粒的直径 k 焦碳颗粒的反应速率常数 4 6 83 碳的燃烧反应速度 5 6 式中A为反应前置系数 R为通用气体常数d为碳粒直径 D为氧气扩散系数 为化学当量因子 若主要产物是CO2 则 等于1 若主要产物是CO 则 等于2 TP Ta分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度 84 燃烧反应区域 6 6 动力区燃烧反应的温度不高 kC很小 kD非常大 焦碳燃烧处于化学动力控制下 反应速率常数k kC燃烧反应速度w取决于碳粒表面的化学反应速度 是随温度的升高按指数增大 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度 扩散区燃烧反应温度较高 kC非常大 kD很小 焦碳燃烧处于扩散控制下 反应速率常数k kD燃烧反应速度w取决于氧气向碳粒表面的扩散速度 强化燃烧的措施是强化扰动 减小煤粉颗粒 过渡区动力区与扩散区之间区域 强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度 根据燃烧条件的不同 可将多相燃烧分为三种不同的区域 85 煤的燃烧特点 煤中含有水分煤的燃烧过程中 水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用 生成CO2和H2 H2再与CO或CO2反应 这种催化作用 使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度 1 2 煤中含有挥发分挥发分对煤的着火燃烧有利 但另一方面 挥发分析出燃烧 消耗了大量氧气 并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力 使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降 煤中含有矿物杂质在燃烧过程会生成灰 灰层包裹着碳粒 会妨碍氧向碳粒表面的扩散 或使碳粒反应表面减少 使燃烧难以进行 燃尽困难 煤是一种多孔性物质它受热时产生的水蒸气和挥发分 不但向煤粒表面四周的空间扩散 而且还会向煤粒的内部空隙扩散 86 煤粉的燃烧特点 锅炉燃用煤粉的颗粒很小 30 100 m 炉膛温度又很高 煤粉在炉膛中的加热速度可以达到 104 s或更高 总的挥发分释放时间小于1秒 而且挥发分很快地由炭粒表面逸出 2 2 煤粉快速加热时 煤中挥发分的含量和成分都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同 煤粉快速加热时 挥发分析出 着火和碳的着火燃烧几乎是同时的 其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧煤燃烧的四个阶段不明显 挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段 煤粉快速加热时 焦碳在孔隙结构方面与慢速加热有很大差别 煤粉火焰中挥发分的析出曲线 87 煤粉气流的着火由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火 转变时的瞬间温度称为着火温度 着火和熄火的热力条件 1 3 88 煤粉气流的着火温度 放热曲线Q1是一条指数曲线 散热曲线Q2接近于直线 2 3 点2对应的温度即为着火温度Tzh Tb Tb1 很低 散热线与Q1交点1为稳定平衡点 煤粉处于低温缓慢氧化状态 Tb Tb2 散热线与Q1交点2为不稳定平衡点 只要稍增加系统的温度 Q1 Q2 反应将自动加速过渡到点3高温稳定平衡点 此时 只要保证煤粉和空气的不断供应 最后将稳定在高温燃烧状态 89 煤粉气流的熄火温度 Tzh Txh是在一定测试条件下的相对特征值 Txh大于Tzh 强化着火的措施在散热条件不变的情况下 增加可燃混合物的初温 浓度和压力 加强放热在放热条件不变时 提高燃烧室的保温 减少放热 3 3 Tb Tb2 强化散热 散热线与Q1交点4为不稳定平衡点 只要反应系统温度稍降低 Q1 Q2 反应系统温度急剧下降过渡到点5低温稳定平衡点 此时 煤粉只能产生缓慢地氧化 而不能着火和燃烧 从而使燃烧过程中止 熄火 点4对应的温度即为熄火温度Txh 90 煤粉气流的着火热源 1 2 煤粉气流着火热源煤粉气流卷吸回流的高温烟气 火焰 炉墙等对煤粉的辐射 91 2 2 煤粉气流的着火热源 细煤粉温升比粗煤粉快得多 煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热 煤粉气流由初温T0加热到着火温度Tz所需时间 z分别为 辐射为主要热源 曲线2 高温回流烟气对流为主要热源 曲线1 92 煤粉气流着火热 式中Br 每台燃烧器的燃料消耗量 kg h r 燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数rl 一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比 c1K Cq cd 一次风 蒸汽及煤的比热 J Nm3 K Mar Mmf 煤的收到基水分 煤粉的水分 Tzh 着火温度 KT0 煤粉一次风气流初温 K 1 5 煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量对于热风送粉 煤粉气流的着火热为 93 第一项为加热煤粉和一次风所需热量第二项为煤粉中水分蒸发 过热所需热量 2 5 煤粉气流着火热 94 煤特性 散热条件及初温对着火的影响 燃料的性质挥发分含量Vdaf小 水分 灰分含量高 煤粉细度大 则煤粉气流着火温度提高 着火热增大 着火所需时间长 着火点离开燃烧器喷口的距离增大 3 5 炉内散热条件减少炉内散热 有利于着火 敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着火的有效措施 但需预防结渣 煤粉气流的初温提高初温T0可减少着火热 燃用低挥发分煤时应采用热风送粉制粉系统 提高预热空气温度 95 一次风量 一次风速对着火的影响 一次风量V1 V0 r 1 V1过大 着火热增加 着火延迟V1过低 燃烧初期由于缺氧 化学反应速度减慢 阻碍着火继续扩展V1在最佳值范围内选取 P80表5 4和P88表5 7 4 5 一次风速w1w1过高 通过单位截面积的流量增大 降低煤粉气流的加热速度 着火距离加长 着火推迟w1过低 燃烧器喷口易烧坏 煤粉管道堵塞w1在最佳值范围内选取 P80表5 5和P88表5 7 96 锅炉负荷DD降低 煤耗量B相应减少 水冷壁总的吸热量Q也减少 但减少的幅度较小 故Q B反而增加 炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低 对煤粉气流着火不利 当锅炉负荷降到一定程度时 会危及着火的稳定性 甚至可能引起熄火 锅炉的负荷对着火的影响 5 5 着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围 一般在没有其他稳燃措施条件下 固态排渣煤粉炉只能在高于70 额定负荷下运行 97 煤粉气流完全燃烧的条件 1 3 值影响q2 q3和q4在一定范围内减小 q2降低 但q3 q4会增加 供应充足而适量的空气量 炉膛出口过剩空气系数可代表空气量对燃烧过程的影响 98 煤粉气流完全燃烧的条件 保证足够的炉膛温度炉温高 着火快 燃烧速度快 燃烧过程便进行得猛烈 燃烧也易于趋向完全炉温过高 不但会引起炉内结渣 也会引起水冷壁的膜态沸腾炉温在 1000 2000 范围内比较适宜 2 3 促进燃料与空气充分混合煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合 要求燃烧器的结构特性优良 一 二次风配合良好 炉内空气动力场均匀 99 保证足够的停留时间 煤粉在炉内的停留时间 煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所经历的时间 过小 由于煤粉至炉膛出口处还没有烧完 但炉膛出口后温度降低会使燃烧基本停止 造成燃烧热损失增大 同时引起炉膛出口处过热器超温和结渣 取决于炉膛容积热强度 炉膛截面热强度和锅炉运行负荷 煤粉气流完全燃烧的条件 3 3 100 燃料的燃烧计算 理论工况燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧燃烧产物 烟气 组成成分CO2 SO2 N2和H2O理论烟气量 设计工况实际送入的空气量大于理论空气量 以保证燃料完全燃烧燃烧产物 烟气 组成成分CO2 SO2 N2 H2O和剩余O2实际烟气量Vy 实际工况实际送入的空气量大于理论空气量 仍为不完全燃烧燃烧产物 烟气 组成成分CO2 SO2 N2 H2O 剩余O2和未完全燃烧气体CO实际烟气量Vy 1 8 101 煤的燃烧反应 煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础 1kg收到基燃料包括Kg的碳 kg的氢 kg的硫 2 8 碳完全燃烧反应方程式C O2 CO212kgC 22 41Nm3O2 22 41Nm3CO2 1kgC 1 866Nm3O2 1 866Nm3CO21kgH 5 56Nm3O2 11 1Nm3H2O1kgS 0 7Nm3O2 0 7Nm3SO2 102 燃烧所需要的空气量 3 8 理论空气量V01kg燃料完全燃烧时所需要的最小空气量 无剩余氧 可通过燃料中可燃元素 C H S 的燃烧化学反应方程式求得 实际空气量V式中 分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数 103 过剩空气系数 与漏风系数 4 8 各受热面处烟气侧漏风系数 查表2 7确定 V为烟道漏风量为炉膛出口处过剩空气系数 表征炉内燃烧状况的重要物理量 在推荐值范围内选取 104 过剩空气系数 与漏风系数 为空气预热器出 进口处空气侧过剩空气系数分别为炉膛 制粉系统和空预器漏风系数 查表2 7确定 5 8 105 烟气容积 理论烟气容积 1 完全燃烧 O2 0 CO 0 6 8 实际烟气容积 1 完全 不完全 燃烧 O2 0 CO 0 CO 0 106 烟气的焓值 7 8 烟气焓1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0 加热到 时所需要的热量 107 焓温表 8 8 烟气的焓值取决于燃料种类 过剩空气系数及烟气温度 由 查焓温表可很快确定烟气温度 由 查表可很快确定烟气焓 焓温表对给定的燃料和各受热面前 后的过剩空气系数 计算出该受热面对应烟气温度范围内的烟气焓 制成的烟气 表 108 烟气分析成分 1 4 烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气 除去水分后的烟气 容积为基础 采用奥氏分析仪进行的烟气分析可得到在干烟气Vgy中所占的容积百分比 109 判断燃烧状况 2 4 110 1 且完全燃烧 CO 0 O2 0 完全燃烧方程式 l 且完全燃烧 CO 0 锅炉常用燃料的 值和RO2max值见表2 8 为保持炉内良好的燃烧工况 运行中应监测并维持炉内一定的RO2 使其尽量靠近RO2max 判断燃烧状况 3 4 111 过剩空气系数及烟气容积的确定 4 4 烟气容积 干烟气容积 112 第五讲锅炉的热平衡 锅炉热平衡方程式锅炉输入热量Qr锅炉有效利用热Q1机械不完全燃烧热损失q4锅炉效率 113 锅炉热平衡方程式 1 7 114 锅炉输入热量Qr 对于燃煤锅炉 若燃料和空气没有利用外界热量进行预热 且燃煤水分满足则 2 7 115 锅炉有效利用热Q1 3 7 式中Q工质总吸热量 kJ sB燃料消耗量 kg sDgr Dzr DPw过热蒸汽量 再热蒸汽量和排污量 kg s hgs过热蒸汽焓 饱和蒸汽焓和给水焓 kJ kg 再热蒸汽出口和进口焓 kJ kg 空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛 属锅炉内部热量循环 锅炉热平衡中不予考虑 116 固体未完全燃烧热损失q4q4锅炉主要热损之一 取失决于燃料种类 燃烧方式 炉膛型式与结构 燃烧器设计与布置 锅炉运行工况Vdaf小 Mar Aar 大 q4大 R90大 q4大 过大或过小 q4大煤粉在炉膛停留时间 过小 q4大 机械不完全燃烧热损失q4 4 7 设计时 q4 按推荐数据选取 表2 10 对固态排渣煤粉炉取q4 0 5 5 未完全燃烧热损失包括q4 q3 117 排烟热损失q2 排烟热损失q2式中 排烟焓 取决于与 kJ kg 进入锅炉的冷空气焓 kJ kg 排烟处过剩空气系数 由q2 受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定 电站锅炉约在110 160 之间 取决于及烟道漏风 后者同时影响 5 7 对大中型锅炉q2约为4 8 未被完全利用热损失包括q2 q5 q6 118 散热损失q5 图2 8额定容量下锅炉的散热损失 散热损失q5额定负荷下的散热损失是外部冷却损失 可根据锅炉尾部受热面的布置查图2 8确定 6 7 119 热效率 gr与燃料消耗量B 热效率正平衡反平衡 燃料消耗量 计算燃料消耗量 7 7 120 思考题 1 某锅炉燃用煤种的收到基成分为 Car 59 6 Har 2 0 Sar 0 5 Oar 0 8 Nar 0 8 Aar 26 3 Mar 10 0 Q 22186kJ kg烟气中的飞灰份额afh 95 计算 1 V02 及 1 45时的Vy3 1 45 300 时的Hy2 某锅炉燃用无烟煤 计算得到完全燃烧所需理论空气量V0为5 81Nm3 kg 实测得到炉膛出口过剩氧量O2为4 846 如果炉膛的漏风系数为0 05 此时供给炉膛的实际空气量是多少 1 1 121 第六讲煤粉炉与燃烧设备 煤粉炉的炉膛炉膛的作用与型式煤粉燃烧器燃烧器的作用与要求燃烧器的类型与布置煤粉火炬的稳燃技术W型火焰燃烧方式W型火焰炉膛结构W型火焰燃烧方式的特点燃烧污染物的控制方法N0X S0X的控制技术 122 炉膛是燃料燃烧和热交换 主要是辐射能交换 的场所保证燃料燃烧完全 燃料在炉膛内有足够的停留时间 布置合适的受热面 合理组织炉内热交换满足锅炉容量的要求 使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度炉膛出口的NOX和SOX等排放量应符合环保要求炉膛结构紧凑 金属耗量少 制造 安装 检修方便 煤粉炉炉膛的作用 1 2 影响炉膛设计的主要因素燃料特性 燃烧方式和排渣方式 123 煤粉锅炉炉膛型式 2 2 124 燃烧器的作用与要求 1 2 作用将燃料与燃烧所需空气按一定的比例 速度和混合方式经喷口送入炉膛要求保证燃料与空气充分混合 及时着火稳定燃烧和燃尽 燃烧效率较高能形成良好的炉内空气动力场 火焰在炉内的充满程度好 且不会冲墙贴壁 避免结渣有较好的燃料适应性负荷调节范围宽能减少NOX的生成 减少对环境的污染结构简单 流动阻力较小 125 进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的 按对着火 燃烧有利而合理组织 分批送入 按作用不同 可分为三种一次风携带煤粉送入燃烧器的空气 主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要 通过燃烧器的空气 2 2 二次风待煤粉气流着火后再送入的空气 二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气 并起气流的扰动和混合的作用 三次风对中间储仓式热风送粉系统 为充分利用细粉分离器排出的含有10 15 细粉的乏气 由单独的喷口送入炉膛燃烧 这股乏气称为三次风 126 燃烧器的类型与布置 直流燃烧器直流射流直流燃烧器的类型直流燃烧器的布置旋流燃烧器旋流射流旋流燃烧器的类型与布置 1 1 127 直流射流空气动力特性 湍流自由射流是直流燃烧器各喷口以较高的初速 Re 105 和一定的浓度 射入尺寸很大的炉膛空间 炉膛内充满高温 静止介质 烟气 煤粉浓度为零 的煤粉气流湍流自由射流除了做整体运动外 流体微团还具有纵向脉动和横向脉动 后者对对热质交换起着重要作用 1 5 W0C0T0 128 直流射流空气动力特性 2 5 射流 煤粉气流 自喷口喷出后 沿着轴线方向运动 其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换 将部分周围高温 静止介质卷吸到射流中来 并随射流一起运动射流横断面不断扩展 流量Q增加 煤粉浓度C下降 温度T升高 轴向速度W逐渐减慢 最后射流的能量完全消失在空间介质中 129 直流射流空气动力特性 3 5 射流核心区射流中心尚未被周围气体混入 保持初速w0的区域 湍流边界层核心区维持初速w0的边界称为内边界 射流与周围气体的分界称为外边界 内 外边界间区域为湍流边界层 其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体 转折截面核心区消失 只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面 在转折截面前的射流段称为初始段 在转折截面后的射流称为基本段 扩展角射流外边界线的交点称为源点 其交角称为扩展角 130 直流射流空气动力特性 卷吸量Q外边界卷吸的高温烟气量圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口 一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口 卷吸量是增加的直流Q 漩流Q 直流射流适用于无烟煤 后期混合好 4 5 射流卷吸周围气体越多 衰减较快 直流湍流自由射流的卷吸量相对较小 而射流的衰减较慢 射程L射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值 如0 05 时的截面与喷口间的距离射程反映轴向速度wm沿射流运动方向衰减的程度 即射流对周围气体的穿透能力 直流射程L 漩流射程L 131 射流的刚度射流组的流动过程射流在有限空间内 抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力 刚度不够 射流偏移到炉墙 可能引起结渣 偏向其他射流 会干扰其正常工作射流的初始动量越大 刚度越大 扩展角 可决定射流的形状及两相邻射流开始混合点 其位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响 直流湍流自由射流的 相对较小 直流射流空气动力特性 5 5 132 直流燃烧器均等配风 均等配风燃烧器一 二次风喷口相间布置 即在二个一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口 各二次风喷口的风量分配较均匀均等配风燃烧器一 二次风口间距较小 有利于一 二次风的较早混合 使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气 达到完全燃烧 1 3 直流燃烧器的一 二 三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛 根据燃煤特性不同 一 二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风 均等配风适用于燃用高挥发分煤种 常称为烟煤 褐煤型配风方式 133 分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置 并靠近燃烧器的下部 二次风喷口则分层布置 一 二次风喷口间保持较大的距离 燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中 强化气流的后期混合 促使燃料燃烧与燃尽分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大 卷吸量大 煤粉气流相对集中 火焰中心温度高 有利于低挥发分煤的着火 燃烧 直流燃烧器分级配风 2 3 分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤 常称为无烟煤和贫煤配风方式 134 下二次风防止煤粉离析 避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗 托住火焰不致过分下冲 避免冷灰斗结渣 风量较小中二次风是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源 风量较大上二次风提供适量的空气保证煤粉燃尽 是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源 风量较大燃尽风喷口位于整组燃烧器的最上部 三次风喷口之上 送入剩余15 的空气 实现富燃料燃烧 抑制燃烧区段温度 达到分级燃烧目的 有效减少炉内NOX生成量 有利于燃料的燃尽周界风位于一次风喷口的四周 周界风的风层薄 风量小 风速较高 可防止喷口烧坏 适应煤质的变化此外 可布置的二次风还有侧二次风 中心十字二次风和夹心风等 直流燃烧器各层二次风的作用 3 3 135 直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式 切圆燃烧方式直流燃烧器的布置炉膛四角或接近四角布置 四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切 使气流在炉内强烈旋转 图5 6 1 3 切圆燃烧方式的特点煤粉气流着火所需热量 除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外 主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热 着火条件好火焰在炉内充满度较好 燃烧后期气流扰动较强 有利于燃尽 煤种适应性强风粉管布置复杂 136 一次风煤粉气流的偏斜 切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进 会出现一定的偏斜 严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙 造成炉膛水冷壁结渣 邻角气流的横向推力其大小取决于四角射流的旋转动量矩 其中二次风射流动量矩起主要作用 一次风射流本身的动量 刚性 则是维持气流不偏斜的内在因素 2 3 增加一次风动量或减少二次风动量 可减轻一次风射流的偏斜 但一次风速受着火条件限制 不能相应提高 而为加强炉内气流的扰动 二次风速也不宜降低 一 二次风速推荐值见P80表5 5 137 假想切圆直径dJX较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部 扰动更强烈 有利于煤粉气流着火 燃尽 但dJX过大 射流偏斜增大 容易引起水冷壁结渣 炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差 一次风煤粉气流的偏斜 3 3 炉膛和燃烧器的结构特性燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压 内侧 向火侧 夹角 1大 且有上游邻角气流横扫过来 补气条件充裕 面向炉墙的一侧 外侧 夹角 2小 且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气 补气条件很差 射流两侧因此出现压差 迫使射流偏向压力低的一侧 138 旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流一 二次风用不同管道与燃烧器连接 在燃烧器内一 二次风通道隔开 二次风射流均为旋转射流 一次风射流可以是旋转射流 也可以是直流射流 旋流射流空气动力特性 1 2 旋流射流具有比直流射流大得多的扩展角 射流中心形成回流区 射流内 外同时卷吸炉内高温烟气 卷吸量大 旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种 从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度 早期湍动混合强烈 轴向速度衰减较快 射流射程较短 后期扰动较弱 139 旋流射流空气动力特性 旋流强度n表征旋转射流旋转程度的特征参数 随着n的不同 旋转射流有三种不同的流动状态封闭气流n较小 弱旋或不旋 中心没有回流区或回流区较小 回流区负压小 主射流受到压缩 旋转射流呈封闭状态 其特性接近直流射流 开放气流n较大 射流内 外侧的压力差逐渐接近 射流中心形成较大回流区 延长到速度很低处才封闭 形成开放式的结构 2 2 全扩散气流n和扩展角很大 射流外卷吸作用强烈 使外侧压力小于中心压力 整个射流向外全部张开 外侧回流区全部消失 140 旋流燃烧器的类型 旋流燃烧器根据旋流器的结构不同 旋流燃烧器分为蜗壳式旋流燃烧器采用蜗壳作旋流器叶片式旋流燃烧器采用叶片作旋流器 1 4 141 旋流燃烧器的类型 直流蜗壳式双蜗壳式轴向可动叶轮式 2 4 142 旋流燃烧器的布置 旋流燃烧器前墙布置不受炉膛截面宽 深比限制 布置方便 与磨煤机联接煤粉管道短主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区 炉膛火焰的充满程度较差 炉内火焰的扰动较差 不利于燃烧后期的扰动和混合 3 4 143 旋流燃烧器的布置 燃烧器前后墙或两侧墙布置两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后 火焰大部分向炉膛上方运动 炉内的火焰充满程度较好 扰动性也较强若对冲的两个燃烧器负荷不相同 则炉内高温火焰将向一侧偏移 造成结渣 旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用 4 4 144 煤粉火炬的稳燃技术 1 8 利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流 增强对煤粉气流供热能力用饨体产生回流 如钝体燃烧器等 用速度差产生回流 如大速差同轴射流燃烧器 用叶片产生回流 如旋流预燃室 采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离 浓相 0 8 1 2kg煤粉 kg空气 处于炉膛内的向火面 有利于着火和燃烧 煤粉淡相 0 2 0 4kg煤粉 kg空气 处于水冷壁面 可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损 高温腐蚀和结渣 145 钝体燃烧器 钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体 钝体2煤粉空气流经钝体后 在钝体后面产生一个较大的高温回流区3 2 8 煤粉气流由喷口射出 遇到钝体后 由于煤粉颗粒惯性大 在回流区边缘附